Deteksi Pewarna Organik di Permukaan menggunakan Metode Optika Nonlinier Generasi Harmonik Kedua

Abstract

Pencemaran lingkungan akibat pewarna organik seperti Malachite Green dan Rhodamine B menimbulkan ancaman signifikan terhadap ekosistem dan kesehatan manusia karena sifat toksiknya. Deteksi cepat terhadap kontaminan ini dengan sensitivitas dan selektivitas tinggi sangatlah penting dan dapat dilakukan secara efektif menggunakan metode optik nonlinier. Dalam penelitian ini, kami menggunakan Simplified Hyperpolarizability Model (SBHM) untuk menyelidiki intensitas Second Harmonic Generation (SHG) dari pewarna organik pada substrat silikon Si(001) untuk deteksi polutan skala nano. Hasil penelitian kami menunjukkan bahwa dengan pendekatan SBHM didapatkan vector ikatan dan tensor rank-3 dari substrat silikon dan pewarna organik Malachite Green (MG) serta Rhodamine B yang sesuai dengan simetri berdasarkan analisis teori grup. SHG dapat mengidentifikasi pewarna organik berdasarkan fitur simetri uniknya, dimana hasil simulasi dan eksperimen untuk Malachite Green serta Rhodamine B menunjukkan pola intensitas SHG yang sesuai di semua sudut polarisasi dengan rata-rata ketepatan yang cukup signifikan. Ketika konsentrasi Malachite Green (MG) meningkat, intensitas SHG juga meningkat seiring dengan nilai suseptibilitasnya, sementara suseptibilitas silikon menurun. Untuk intensitas SHG baik pada MG maupun Rhodamine B, intensitas tertinggi diamati pada sudut polarisasi-p. Hal ini menunjukkan bahwa orientasi molekul yang berkontribusi terhadap intensitas SHG sejajar dengan arah sumbu Z. Pendekatan yang kami lakukan dapat diterapkan untuk mendeteksi polutan organik di permukaan pada skala nano.

Environmental pollution caused by organik dyes such as Malachite Green and Rhodamine B poses significant threats to ecosystems and human health due to their toxic properties. Rapid detection of these contaminants with high sensitivity and selectivity is crucial and can be effectively achieved using nonlinear optical methods. In this study, we employ the Simplified Hyperpolarizability Model (SBHM) to investigate the Second Harmonic Generation (SHG) intensity of organik dyes on a silikon Si(001) substrate for nanoscale pollutant detection. Our findings reveal that the SBHM approach successfully determines the bonding vectors and rank-3 tensors of the silikon substrate and organik dyes Malachite Green (MG) and Rhodamine B, consistent with the symmetries derived from group theory analysis. SHG effectively identifies organik dyes based on their unique symmetry features, with simulation and experimental results for Malachite Green and Rhodamine B demonstrating SHG intensity patterns matching across all polarization angles, with an average accuracy that is quite significant. As the concentration of Malachite Green (MG) increases, the SHG intensity rises correspondingly with its susceptibility value, while the susceptibility of silikon decreases. For both MG and Rhodamine B, the highest SHG intensity is observed at the p-polarization angle, indicating that the molecular orientations contributing to SHG intensity are aligned along the Z-axis direction. The approach we propose can be applied for the detection of organik pollutants on surfaces at the nanoscale.